元寶山巖溶隧道病害整治施工技術

顧智剛 （中鐵四局集團第二工程有限公司，江蘇 蘇州 215100）

元寶山巖溶隧道病害整治施工技術

顧智剛 （中鐵四局集團第二工程有限公司，江蘇 蘇州 215100）

元寶山隧道巖溶較發育，在百年一遇暴雨后，出現了二襯嚴重破損、二襯開裂、滲漏水等病害。文章對以上病害一般原因和巖溶隧道特殊原因進行了分析，并將病害整治的現場經驗加以總結，具有現實作用和指導意義。

巖溶隧道；二襯嚴重破損；二襯開裂；滲漏水；病害整治

0 引言

我國已建隧道不同程度地存在著襯砌裂縫、變形、滲漏水等問題，隧道病害嚴重威脅隧道內行車的安全，縮短了隧道的維護周期和使用壽命，對隧道病害進行實地調查，綜合隧道勘察、設計和施工因素，探究隧道病害的產生原因和發展過程，有針對性地對隧道病害進行整治就十分必要，同時具有現實作用和指導意義。

1 元寶山隧道病害概述

2016年6月27日17時至28日07時，織金縣普降暴雨，隧址區降雨量達到220mm，此值遠大于以前收集到的地區百年一遇日最大降雨量。根據大氣降水滲入法計算，進口匯水面積1.1km2，入滲系數0.2，滲水量達1.3×105m3/d，出口匯水面積1.05km2，入滲系數0.3，滲水量達1.9×105m3/d。已經遠遠超過了設計最大涌水量37800m3/d。

降雨后，對元寶山隧道進行巡查，發現主要病害有二襯嚴重破損、二襯開裂、滲漏水。

根據水力學和水文地質學原理，地下水的流動是由高壓水位向低壓水位。同時，隧道開挖后圍巖卸荷，地層的原始地應力重新調整，洞周圍巖產生變形，出現裂縫，地下水便沿張開裂縫流入隧道。在可溶巖地區，更由于地表沖溝、落水洞等與地下溶管、溶隙、溶洞和暗河聯系，降雨能短時間進入地下。一旦隧道開挖時揭開溶管、溶隙、溶洞和暗河，巖溶水就會大量涌入隧道。急增的水壓是此次造成元寶山隧道病害的主要原因，另外還包括一些其他原因。

2 原因分析

2.1 二襯嚴重破損

一般產生的地段多位于出入洞口、沖溝底部，這些地方淺埋，也容易造成偏壓。也多產于斷層、褶皺等地質構造影響區，這些地方圍巖破碎，地應力復雜。另外就是地下水富集區。巖溶隧道則是通過大型充填型溶洞、富水溶洞時，如隧底軟弱造成洞身下沉、側向無約束造成洞身滑移等；高水壓致使二襯嚴重破損。

2.2 二襯開裂

裂縫一般自襯砌內開口，沿襯砌厚度逐漸減少，一般不貫穿整個襯砌厚度。隧道裂縫以拉裂為主，壓剪裂縫相對較少。

①混凝土原因：襯砌拆模過早，混凝土強度不足就開始受力，從而使混凝土產生裂縫；混凝土施工過程中，任意加水，不按配合比施工；混凝土澆筑過程中離析，振搗不充分；澆筑停留時間過長，產生冷縫；混凝土本身的干縮與冷縮也是產生裂縫的重要原因，特別是在北方溫差變化大的地方，這種裂縫就特別顯著。

②襯砌厚度、強度不足：局部欠挖、二襯背后空洞（尤其是拱部）等造成二襯厚度不足，混凝土強度或鋼筋設置達不到安全承載力的要求。

③地形偏壓和地質偏壓：巖溶隧道，地質偏壓較明顯。洞周局部處于填充型溶洞或溶蝕破碎帶，襯砌結構局部承受較大的圍巖主動荷載。

④初支與圍巖不密貼、二襯與初支不密貼：巖溶隧道，支護與圍巖不密貼情況更普遍。隧道通過巖溶空腔，支護既無圍巖主動壓力的作用，也無抵抗襯砌變形的圍巖被動彈性抗力的作用，即破壞了襯砌結構的受力平衡狀態。而且，隨著空洞規模及其與隧道相對位置的差異，會形成不同規模、位置、形態的裂縫。

⑤邊墻基礎底虛渣未清除干凈，導致承載力不足，邊墻下沉將邊墻混凝土拉裂，形成水平裂縫。

⑥基底軟弱，造成差異沉降，易造成環向裂縫。

⑦爆破震動破壞。

2.3 隧道滲漏

隧道滲漏水一般有浸滲、滴漏、滲漏和涌漏，與匯水通道及匯水量密切相關。

①防水混凝土失效：不按配合比施工，過程中隨意加水；混凝土澆筑高度大于2m，不采取措施造成離析；振搗不到位，混凝土不密實；拆模時間過早；養護不到位等。

②施工縫、變形縫處理不當：止水帶、止水條安裝不規范；止水帶、止水條與混凝土不密貼。

③防水板失效：不注意保護，存在破損；防水板搭接不過關。

④排水系統失效：二襯澆筑或注漿過程中，砂漿、漿液堵塞，不能排水。另外，排水盲管、泄水孔設置間距過大，襯砌背后水越積越多，就在相對薄弱的地方滲漏排泄出來。

2.4 勘察、設計

①輕防水，采用P8等級混凝土，隧底無防水結構措施。

②Ⅱ級、Ⅲ級、Ⅳb級、Va級二襯均不設置鋼筋，地質較設計異常時，承載能力不足。

③選線存在缺陷，元寶山隧道線路幾乎平行于區域斷層走向、褶皺走向，且全隧在其影響范圍內，出露地表的綺陌斷層層面與線路間距最近約80m，陳家寨背斜與線路間距最近約40m。巖溶發育地區，巖溶往往在斷層破碎帶、褶皺、巖層層面、結構裂隙等條件下加速發育，其自身也成為地下水流通的通道，加重了隧道病害的程度。

④日降雨量超過設計允許值，導致隧道防排水設施超負荷運轉，必然導致襯砌壁后積水無法及時排除，造成局部水壓力過大，從而襯砌開裂、滲漏水等。

3 病害整治技術

3.1 嚴重破損二襯拆換

襯砌嚴重破損變現為裂縫交叉分布且裂縫較寬，局部擠出有錯臺、部分剝落等，原襯砌已經失去了使用功能，需拆換。重新施作的襯砌要適應地質條件、受力要求，一般來講應比原襯砌有所增強。巖溶隧道此類病害往往是水的問題產生，需格外注意防排水問題。

主要處理措施：

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①在破損拆除段上方施作鎖定加固錨管。在邊墻破損段按縱向1m間距施作Φ89拱腳鎖定錨管，錨管按高于邊墻破損上邊界0.5m整齊布置，單根長度3m，并壓注無收縮水泥漿。為防止襯砌失穩，拆除破損邊墻砼時，應對保留部分做變位觀測，必要時在破損邊墻對側起拱線設置部分錨桿。

②拆除破損襯砌并施作型鋼支柱，先拆立兩端形成門式支撐，再拆除中間部分。襯砌鎖定（腳）完成后，剝離受損邊墻混凝土及防水板，形成開放性排水。先從破裂邊墻兩端短距離（1m以內）進行破損混凝土拆除，并對兩端實施鋼架支頂，形成門式支撐，其余部分由兩側向中間逐榀拆換。采用I20型鋼，間距1m。施工時候，注意鋼架立于穩定的基礎上，并在輪廓線以內。為增加支柱剛度，于破損線以下20cm設置I20型鋼橫梁將鋼架支柱連接為一體，橫梁以下采用Φ16縱向鋼筋連接，鋼筋間距1m。若襯砌破損段跨施工縫，則在施工縫兩端處采用雙I20鋼架支撐。

③型鋼支柱通過系統錨桿固定，錨桿直接與鋼架連接。錨桿采用Φ25全長錨固型錨桿或Φ25中空注漿錨桿（針對圍巖破碎或滲水嚴重段），長4m，梅花形布置，間距1m，端部與鋼架焊接。噴混凝土，采用C25噴射混凝土將支柱至圍巖面噴射密實，按噴混凝土厚度均勻設置3層閉口型鋼筋網，Φ6鋼筋網網格間距10cm×10cm。

④鋼架背后設置Φ50盲管；根據滲水情況可增設Φ200排水管，并在底部設置開放式排水措施。

圖1 二襯拆換支護圖

⑤襯砌背后存在巖溶空腔時，需另外增加措施：首先對溶洞底采用C20混凝土順坡鋪砌，厚度20cm，坡度不小于5%。鋪砌混凝土中間設Φ8鋼筋網，網格間距20cm×20cm；順溶洞側壁設置Φ200PVC管，縱向間距2m，引排水至側溝；鋪砌完成后于襯砌背后設置1m厚C20混凝土擋墻，擋墻與溶洞側壁之間空洞采用大卵石回填。

3.2 襯砌裂縫處理

本次隧道襯砌裂縫主要為縱向裂縫，較嚴重的共12處，未見拱部裂縫，邊墻裂縫寬度約0.5～1mm，部分裂縫處滲水較嚴重。

錨固注漿處理措施：

①在裂縫上下各0.5m處施作騎縫錨桿，縱向間距0.75m，梅花形布置，錨桿采用Φ22水泥砂漿錨桿或Φ25中空注漿錨桿（針對圍巖較為破碎或滲水嚴重），長度為3m。在騎縫錨桿上下各1.2～1.5m處施作加固錨桿，錨桿采用Φ22水泥砂漿錨桿，長度為3m。注漿采用硫鋁酸鹽水泥漿液。

②對受噴面砼鑿毛、清洗，進行網噴加固。

③對錨桿加固范圍內進行網噴混凝土封閉加固。Φ6鋼筋網，網格間距15cm×15cm，噴混凝土厚度15cm。

圖2 襯砌裂縫處理示意圖

3.3 隧道滲漏水處理

結合襯砌加固對漏水點進行注漿止漏處理，比較集中的出水點輔以鑿槽引排方式處理。

①邊墻滲水，沿出水點開鑿引水槽，引至排水溝。小槽斷面5×5cm，將小槽四周修整順暢，平順。取半根50mmPVC反扣于小槽內，要盡量與內壁靠攏，用堵水劑或環氧樹脂砂漿等高防滲性的材料將小槽填實并抹平。如還未能解決問題，則要用嵌縫密封膠將整個小槽全部密封。

②拱部注漿止水。按1～2m間距布設注漿孔，孔徑為42mm，孔深應嚴格不大于各段襯砌厚度，不能打透初期支護。采用化學漿液注漿（漿液采用普通硫鋁酸鹽水泥單液漿，水灰比0.38，摻加1%減水劑），采用擠壓泵注漿，注漿壓力0.3～0.4MPa。

③施工縫、沉降縫滲漏水處理：將滲水施工縫或沉降縫沿滲水點開鑿1cm的小縫，充分清除石屑、粉塵，在小縫底部壓入底襯泡沫條，起到導流的作用。然后用灌縫槍將單組反應型聚氨酯嵌縫膠或雙組份聚氨酯嵌縫膠等嵌縫材料壓入縫內至密實。

4 結語

①在對元寶山隧道病害分析的基礎上，采取了針對性的措施，取得了比較好的效果。

②對于巖溶隧道，要重視地表踏勘、超前地質預報工作，加強施工期間的滲水量統計。富水隧道，則采取地表封堵引排、抗水壓襯砌形式、泄水洞、局部增加引排水管道、打泄壓孔等方式避免水害的發生。

③設計單位、施工單位要轉換重結構輕防水的理念，尋求更有效的防排水結構措施，施工過程中保證施工質量。

④隨著科學技術的發展和各種新型材料在施工中的廣泛應用，隧道病害整治應采取治標與治本并重的原則，以避免造成不必要的安全事故發生。

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10.16330/j.cnki.1007-7359.2016.06.044

顧智剛（1981-），男，畢業于河海大學，碩士，工程師。